Elektrik akımı için iletkenler

Sürekli olarak elektrikli ev aletleri kullanan herkes aşağıdakilerle karşı karşıya kalır:

1. elektrik akımı taşıyan teller;

2. yalıtkan özelliklere sahip dielektrikler;

3. İlk iki tür maddenin özelliklerini birleştiren ve bunları uygulanan kontrol sinyaline göre değiştiren yarı iletkenler.

Bu grupların her birinin ayırt edici bir özelliği, elektriksel iletkenlik özelliğidir.

iletken nedir

İletkenler, yapılarında, uygulanan bir dış kuvvetin etkisi altında hareket etmeye başlayabilen, birbirine bağlı olmayan çok sayıda serbest elektrik yüküne sahip olan maddeleri içerir. Katı, sıvı veya gaz olabilirler.

Aralarında potansiyel fark olan iki tel alıp içlerine metal bir tel bağlarsanız, içinden bir elektrik akımı geçecektir. Taşıyıcıları, atom bağları tarafından tutulmayan serbest elektronlar olacaktır. karakterize ederler elektiriksel iletkenlik veya herhangi bir maddenin elektrik yüklerini kendi içinden geçirme yeteneği - akım.

Elektriksel iletkenlik değeri, maddenin direnci ile ters orantılıdır ve ilgili birim olan siemens (cm) ile ölçülür.

1 cm = 1/1 ohm.

Doğada, yük taşıyıcıları şunlar olabilir:

• elektronlar;

• iyonlar;

• delikler.

Bu prensibe göre, elektriksel iletkenlik ikiye ayrılır:

• elektronik;

• iyonik;

• bir delik.

Telin kalitesi, içinde akan akımın uygulanan voltajın değerine bağımlılığını tahmin etmenizi sağlar. Bu elektriksel büyüklüklerin ölçü birimlerini - volt-amper özelliği - belirleyerek adlandırmak gelenekseldir.

iletken teller

Bu türün en yaygın temsilcileri metallerdir. Elektrik akımları, yalnızca elektron akışını hareket ettirerek oluşturulur.

Metallerin içinde iki durumda bulunurlar:

• atomik kohezyon kuvvetleri ile ilişkili;

• ücretsiz.

Bir atom çekirdeğinin çekici kuvvetleri tarafından yörüngede tutulan elektronlar, kural olarak, dış elektromotor kuvvetlerin etkisi altında bir elektrik akımının yaratılmasına katılmazlar. Serbest parçacıklar farklı davranır.

Metal tele EMF uygulanmazsa, serbest elektronlar rastgele, rastgele, herhangi bir yönde hareket eder. Bu hareket termal enerjiden kaynaklanmaktadır. Herhangi bir anda her parçacığın farklı hızları ve hareket yönleri ile karakterize edilir.

İletkene E yoğunluğundaki bir dış alanın enerjisi uygulandığında, uygulanan alanın tersine yönlendirilen bir kuvvet tüm elektronlara birlikte ve her biri ayrı ayrı etki eder. Kesin olarak yönlendirilmiş bir elektron hareketi veya başka bir deyişle bir elektrik akımı yaratır.

Metallerin akım-gerilim karakteristiği, bir kesit ve tam bir devre için Ohm yasasının işleyişine uyan düz bir çizgidir.

Saf metallerin yanı sıra diğer maddeler de elektronik iletkenliğe sahiptir. Onlar içerir:

• alaşımlar;

• karbonun bazı modifikasyonları (grafit, kömür).

Metaller dahil yukarıdaki tüm maddeler birinci tip iletkenler olarak sınıflandırılır. Elektriksel iletkenlikleri, bir elektrik akımının geçişine bağlı olarak bir maddenin kütlesinin aktarılmasıyla hiçbir şekilde ilişkili değildir, yalnızca elektronların hareketinden kaynaklanır.

Metaller ve alaşımlar aşırı derecede düşük sıcaklıklara sahip bir ortama yerleştirilirlerse, süperiletkenlik durumuna geçerler.

iyon iletkenleri

Bu sınıf, yüklü iyonların hareketi nedeniyle bir elektrik akımının oluştuğu maddeleri içerir. Tip II iletkenler olarak sınıflandırılırlar. BT:

• baz çözeltileri, asit tuzları;

• çeşitli iyonik bileşiklerin erimesi;

• çeşitli gazlar ve buharlar.

Bir sıvıdaki elektrik akımı

İçinde elektriği ileten sıvılar elektroliz - bir maddenin yüklerle birlikte transferi ve elektrotlar üzerinde birikmesi genellikle elektrolitler olarak adlandırılır ve sürecin kendisine elektroliz denir.

Anot elektroduna pozitif bir potansiyel ve katoda negatif bir potansiyel uygulanması nedeniyle harici bir enerji alanının etkisi altında oluşur.

Sıvıların içindeki iyonlar, nötr özelliklere sahip bir maddenin bazı moleküllerinin ayrılmasından oluşan elektrolit ayrışması olgusu nedeniyle oluşur. Bir örnek, sulu çözeltide bileşeni olan bakır iyonlarına (katyonlar) ve klorine (anyonlar) ayrışan bakır klorürdür.

CuCl2꞊Cu2 ++ 2Cl-

Elektrolite uygulanan voltajın etkisi altında, katyonlar kesinlikle katoda ve anyonlar anoda doğru hareket etmeye başlar. Bu şekilde, katot üzerinde biriken, safsızlık içermeyen kimyasal olarak saf bakır elde edilir.

Doğada sıvıların yanı sıra katı elektrolitler de vardır. Aynı türdeki iyonların hareketinden dolayı yüksek elektrik iletkenliğine neden olan, kristal yapıya ve kimyasal bağların iyonik doğasına sahip olan süper iyonik iletkenler (süper iyonlar) olarak adlandırılırlar.

Elektrolitlerin akım-gerilim karakteristiği grafikte gösterilmiştir.

Gazlardaki elektrik akımı

Normal koşullar altında, gaz ortamı yalıtkan özelliklere sahiptir ve akımı iletmez. Ancak çeşitli rahatsız edici faktörlerin etkisi altında, dielektrik özellikler keskin bir şekilde azaltabilir ve ortamın iyonlaşma geçişini tetikleyebilir.

Nötr atomların hareketli elektronlarla bombardımanından kaynaklanır. Sonuç olarak, bir veya daha fazla bağlı elektron atomdan koparılır ve atom pozitif yük alarak bir iyon haline gelir. Aynı zamanda, iyonlaşma sürecini sürdüren gazın içinde ek miktarda elektron oluşur.

Bu şekilde, pozitif ve negatif parçacıkların eşzamanlı hareketi ile gazın içinde bir elektrik akımı oluşturulur.

samimi bir deşarj

Gazın içindeki uygulanan elektromanyetik alanın gücünü ısıtırken veya arttırırken, önce bir kıvılcım çıkar. Bu prensibe göre kanallar, alev ve egzoz meşalesinden oluşan doğal yıldırım oluşur.

Laboratuvar koşullarında, elektroskobun elektrotları arasında bir kıvılcım gözlemlenebilir.İçten yanmalı motorların bujilerinde kıvılcım deşarjının pratik uygulaması her yetişkin tarafından bilinmektedir.

ark deşarjı

Kıvılcım, dış alanın tüm enerjisinin anında tüketilmesiyle karakterize edilir. Voltaj kaynağı gaz boyunca akım akışını sürdürebiliyorsa, bir ark meydana gelir.

Elektrik arkına bir örnek, metallerin çeşitli şekillerde kaynaklanmasıdır. Akışı için katot yüzeyinden elektron emisyonu kullanılır.

koronal ejeksiyon

Bu, 330 kV ve daha fazla voltaja sahip yüksek voltajlı havai elektrik hatlarında kendini gösteren, yüksek güçlü ve düzensiz elektromanyetik alanlara sahip bir gaz ortamında gerçekleşir.

İletken ile güç hattının yakın aralıklı düzlemi arasında akar. Bir korona deşarjında, iyonlaşma, artan mukavemet alanına sahip elektrotlardan birinin yakınında elektron çarpma yöntemiyle gerçekleşir.

Kızdırma deşarjı

Gazların içinde özel gaz deşarj lamba ve tüplerinde, voltaj dengeleyicilerde kullanılır.Egzoz boşluğundaki basıncın düşürülmesiyle oluşturulur.

Gazlardaki iyonlaşma işlemi büyük bir değere ulaştığında ve içlerinde eşit sayıda pozitif ve negatif yük taşıyıcı oluştuğunda, bu duruma plazma denir. Plazma ortamında bir kızdırma deşarjı belirir.

Gazlardaki akım akışının akım-voltaj özelliği resimde gösterilmiştir. Bölümlerden oluşur:

1. bağımlı;

2. Kendi kendine deşarj.

Birincisi, harici bir iyonlaştırıcının etkisi altında olanlarla karakterize edilir ve çalışmayı durdurduğunda söner. Kendi kendine fırlatma her koşulda akmaya devam eder.

delikli teller

Onlar içerir:

• germanyum;

• selenyum;

• silikon;

• bazı metallerin tellür, kükürt, selenyum ve bazı organik maddelerle olan bileşikleri.

Yarı iletkenler olarak adlandırılırlar ve 1 numaralı gruba aittirler, yani yük akışı sırasında madde transferi oluşturmazlar. İçlerindeki serbest elektronların konsantrasyonunu artırmak için, bağlı elektronları ayırmak için ek enerji harcamak gerekir. İyonlaşma enerjisi denir.

Bir elektron deliği bağlantısı, bir yarı iletkende çalışır. Bu nedenle, yarı iletken akımı bir yönde geçirir ve kendisine zıt bir dış alan uygulandığında zıt yönde bloke eder.

Yarı iletkenlerde iletkenlik:

1. kendi;

2. safsızlık.

İlk tip, yük taşıyıcıların atomların maddelerinden iyonlaşma sürecinde ortaya çıktığı yapıların doğasında vardır: delikler ve elektronlar. Konsantrasyonları karşılıklı olarak dengelidir.

İkinci tip yarı iletken, safsızlık iletkenliğine sahip kristallerin dahil edilmesiyle oluşturulur. Üç değerli veya beş değerli bir elementin atomlarına sahiptirler.

İletken yarı iletkenler şunlardır:

• elektronik n-tipi «negatif»;

• delik p tipi «pozitif».

Sıradan volt-amper karakteristiği yarı iletken diyot grafikte gösterilmiştir.

Çeşitli elektronik cihazlar ve cihazlar yarı iletkenler temelinde çalışır.

süper iletkenler

Çok düşük sıcaklıklarda, belirli metal ve alaşım kategorilerinden gelen maddeler, süperiletkenlik adı verilen bir duruma geçer. Bu maddeler için akıma karşı elektriksel direnç neredeyse sıfıra düşer.

Geçiş, termal özelliklerdeki bir değişiklik nedeniyle gerçekleşir.Manyetik alanın yokluğunda süper iletken duruma geçiş sırasında ısının emilmesi veya salınması ile ilgili olarak, süper iletkenler 2 türe ayrılır: No. 1 ve No. 2.

Tellerin süper iletkenliği olgusu, iki komşu elektron için bir bağlı durum oluşturulduğunda Cooper çiftlerinin oluşumu nedeniyle oluşur. Oluşturulan çiftin çift elektron yükü vardır.

Süper iletken durumdaki bir metaldeki elektronların dağılımı grafikte gösterilmiştir.

Süper iletkenlerin manyetik indüksiyonu, elektromanyetik alanın gücüne bağlıdır ve ikincisinin değeri, maddenin sıcaklığından etkilenir.

Tellerin süper iletken özellikleri, onlar için sınırlayıcı manyetik alan ve sıcaklığın kritik değerleri ile sınırlıdır.

Böylece elektrik akımı iletkenleri tamamen farklı maddelerden yapılabilir ve birbirinden farklı özelliklere sahip olabilir. Her zaman çevre koşullarından etkilenirler. Bu nedenle tellerin özelliklerinin sınırları her zaman teknik standartlar tarafından belirlenir.